Face aux enjeux climatiques actuels et à l’augmentation constante des coûts énergétiques, les systèmes solaires combinés représentent une solution de plus en plus adoptée par les particuliers et les professionnels. Ces systèmes, qui intègrent à la fois des technologies photovoltaïques et thermiques, permettent d’optimiser la production d’énergie renouvelable tout en réduisant significativement l’empreinte carbone des bâtiments. Pour être efficace, le dimensionnement de ces installations nécessite une approche calculatoire précise mais accessible. Découvrons ensemble comment le calcul simplifié des systèmes solaires combinés (CASSSC) peut vous aider à concevoir une installation performante et adaptée à vos besoins énergétiques.
- 1. Introduction aux systèmes solaires combinés
- 2. Principes de calcul simplifiés pour déterminer l’efficacité
- 3. Types de systèmes solaires combinés
- 4. Composants essentiels des systèmes solaires combinés
- 5. Évaluation de la demande énergétique
- 6. Dimensionnement des collecteurs solaires et panneaux photovoltaïques
- 7. Intégration des solutions de stockage
- 8. Études de cas sur des mises en œuvre réussies
- 9. Analyses économiques et études de faisabilité
- 10. Réglementations et enjeux de conformité
- 11. Tendances futures en matière de technologie solaire
Introduction aux systèmes solaires combinés
Les systèmes solaires combinés, également connus sous l’acronyme SSC, représentent une approche holistique de l’exploitation de l’énergie solaire. Ces installations permettent de produire simultanément de l’électricité via des panneaux photovoltaïques et de la chaleur grâce à des capteurs thermiques, offrant ainsi une solution complète pour répondre aux différents besoins énergétiques d’un bâtiment.
L’intérêt majeur de ces systèmes réside dans leur capacité à optimiser l’utilisation de la surface disponible tout en maximisant le rendement énergétique global. En effet, les panneaux photovoltaïques convertissent généralement entre 15 et 25% du rayonnement solaire en électricité, tandis que les capteurs thermiques peuvent atteindre des rendements de 60 à 80% pour la production d’eau chaude.
Selon une actualité du 12 février 2025, l’entreprise Aiko a lancé de nouveaux panneaux solaires pour toiture atteignant une efficacité remarquable de 24,3%, démontrant les progrès continus dans l’amélioration des technologies photovoltaïques.
Avantages des systèmes solaires combinés
Les principaux avantages de ces systèmes sont multiples :
- Optimisation de l’espace disponible sur la toiture ou au sol
- Amélioration du rendement global de l’installation solaire
- Réduction de la dépendance aux énergies fossiles
- Diminution significative des factures d’énergie
- Valorisation immobilière du bâtiment équipé
Ces installations peuvent couvrir jusqu’à 60% des besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire d’un logement, tout en produisant une quantité significative d’électricité pour les besoins quotidiens ou pour la revente sur le réseau.
Principes de calcul simplifiés pour déterminer l’efficacité
Le calcul simplifié des systèmes solaires combinés (CASSSC) repose sur plusieurs paramètres fondamentaux qui permettent d’estimer avec précision la production énergétique attendue et de dimensionner correctement l’installation.
Formules de base pour le calcul de la production photovoltaïque
La production électrique annuelle peut être estimée grâce à cette formule simplifiée :
E = P × r × H × PR
Où :
- E : Énergie produite annuellement (kWh)
- P : Puissance crête installée (kWc)
- r : Rendement des panneaux (généralement entre 0,15 et 0,25)
- H : Irradiation solaire annuelle locale (kWh/m²)
- PR : Performance Ratio, facteur tenant compte des pertes (généralement entre 0,7 et 0,85)
Calcul de la production thermique
Pour la partie thermique, la formule simplifiée est :
Q = A × η × G × F
Où :
- Q : Énergie thermique produite (kWh)
- A : Surface des capteurs thermiques (m²)
- η : Rendement des capteurs (généralement entre 0,6 et 0,8)
- G : Irradiation solaire annuelle (kWh/m²)
- F : Facteur de correction tenant compte de l’orientation et de l’inclinaison
Une découverte récente, publiée le 10 février 2025, montre que certaines molécules organiques peuvent réduire la chaleur des cellules photovoltaïques, ce qui pourrait considérablement améliorer l’efficacité des systèmes solaires en diminuant les pertes liées à la surchauffe.
Types de systèmes solaires combinés
Il existe plusieurs configurations de systèmes solaires combinés, chacune ayant ses spécificités et ses avantages selon le contexte d’installation.
Systèmes hybrides PVT (Photovoltaïque-Thermique)
Les panneaux PVT intègrent dans un même module des cellules photovoltaïques et un échangeur thermique. Cette technologie permet de refroidir les cellules photovoltaïques, augmentant ainsi leur rendement électrique, tout en récupérant la chaleur pour des usages thermiques.
Un générateur thermoélectrique combinant un panneau photovoltaïque et des nanofluides refroidissants a récemment été développé (février 2024), améliorant considérablement l’efficacité globale du système grâce à une meilleure gestion thermique.
Systèmes juxtaposés
Cette configuration consiste à installer côte à côte des panneaux photovoltaïques et des capteurs thermiques distincts. Bien que plus simple à mettre en œuvre, cette solution nécessite plus d’espace mais permet d’optimiser chaque technologie indépendamment.
Systèmes hybrides multi-énergies
Ces systèmes intègrent non seulement le solaire photovoltaïque et thermique, mais aussi d’autres sources d’énergie renouvelable comme l’éolien ou la géothermie.
L’entreprise Unéole a développé un générateur d’électricité de toit silencieux combinant l’énergie solaire et l’éolien, offrant une solution hybride particulièrement adaptée aux zones urbaines où l’espace est limité.
Vidéo explicative sur le calcul d’une installation solaire domestique
Composants essentiels des systèmes solaires combinés
Pour fonctionner efficacement, un système solaire combiné nécessite plusieurs composants clés qui doivent être correctement dimensionnés et intégrés.
Capteurs et panneaux
Les deux éléments principaux sont :
- Panneaux photovoltaïques : convertissent le rayonnement solaire en électricité
- Capteurs thermiques : absorbent la chaleur du soleil pour chauffer un fluide caloporteur
Les panneaux solaires double face suivant le soleil peuvent produire jusqu’à 35% d’énergie en plus à moindre coût, représentant une évolution technologique significative pour maximiser le rendement des installations.
Système de stockage
Le stockage est essentiel pour gérer le décalage entre production et consommation :
- Batteries : pour l’électricité produite par les panneaux photovoltaïques
- Ballon de stockage : pour l’eau chaude produite par les capteurs thermiques
- Stockage thermique : via des matériaux à changement de phase ou des masses thermiques
Zendure a récemment lancé deux nouveaux systèmes de stockage d’énergie, SolarFlow 2400 AC et SolarFlow 800 Pro, intégrant l’IA pour optimiser l’efficacité énergétique globale de l’installation.
Régulation et contrôle
Ces systèmes assurent le fonctionnement optimal de l’installation :
- Onduleurs pour convertir le courant continu en courant alternatif
- Régulateurs de charge pour les batteries
- Systèmes de gestion énergétique intelligents
- Contrôleurs de température et de débit pour la partie thermique
Des panneaux solaires intégrant une IA pour se protéger des tempêtes ont été développés fin 2024, améliorant considérablement la durabilité et l’efficacité à long terme des installations dans les zones exposées aux intempéries.
Évaluation de la demande énergétique
Avant de dimensionner un système solaire combiné, il est essentiel d’évaluer précisément les besoins énergétiques du bâtiment concerné. Cette étape fondamentale permet d’éviter le surdimensionnement ou le sous-dimensionnement de l’installation.
Analyse des besoins thermiques
L’évaluation des besoins thermiques comprend :
- La consommation d’eau chaude sanitaire (ECS), généralement estimée à 30-50L par personne et par jour
- Les besoins en chauffage, calculés en fonction de la superficie, de l’isolation et de la zone géographique
- Les éventuels besoins en chauffage de piscine ou autres usages thermiques spécifiques
Le chauffe-eau solaire prêt à l’emploi SUNPAD peut fournir jusqu’à 350 litres d’eau chaude par jour, démontrant l’efficacité des systèmes solaires thermiques modernes pour répondre aux besoins en eau chaude sanitaire d’un foyer standard.
Analyse des besoins électriques
L’évaluation précise de la consommation électrique est cruciale et prend en compte :
- La consommation des appareils électroménagers et multimédias
- L’éclairage et les autres équipements électriques du bâtiment
- Les systèmes de ventilation, climatisation et autres équipements spécifiques
- Les éventuels projets d’acquisition de véhicules électriques à recharger
Pour réaliser une évaluation précise de vos besoins énergétiques, vous pouvez utiliser notre simulateur DPE en ligne qui vous permettra d’obtenir une estimation fiable de votre consommation énergétique actuelle.
Dimensionnement des collecteurs solaires et panneaux photovoltaïques
Une fois les besoins énergétiques établis, le dimensionnement des composants solaires peut être réalisé de manière optimale.
Calcul de la surface nécessaire
Pour déterminer la surface de panneaux nécessaire, on utilise les formules suivantes :
| Type de panneau | Formule de dimensionnement | Facteurs à considérer |
|---|---|---|
| Photovoltaïque | Surface (m²) = Consommation annuelle (kWh) / (Irradiation locale (kWh/m²) × Rendement × PR) | Orientation, inclinaison, ombrage, type de cellules |
| Thermique | Surface (m²) = Besoins thermiques (kWh) / (Irradiation locale (kWh/m²) × Rendement × Facteur d’utilisation) | Température requise, climat local, type de capteurs |
Formules simplifiées pour le dimensionnement des panneaux solaires
Optimisation de l’orientation et de l’inclinaison
L’efficacité d’un système solaire dépend grandement de son orientation et de son inclinaison :
- L’orientation idéale en France est plein sud (azimut 0°)
- L’inclinaison optimale varie selon l’usage : 30-35° pour maximiser la production annuelle, 45-60° pour favoriser la production hivernale
- Des systèmes de suivi solaire peuvent augmenter la production de 25 à 40%, comme le démontrent les panneaux double face suivant le soleil mentionnés précédemment
Intégration des solutions de stockage
Le stockage de l’énergie est un aspect crucial des systèmes solaires combinés, permettant de gérer le décalage entre la production et la consommation.
Stockage électrique
Plusieurs technologies de stockage électrique sont disponibles :
- Batteries Lithium-ion : haute densité énergétique, efficaces mais plus coûteuses
- Batteries Plomb-acide : solution économique mais avec une durée de vie plus limitée
- Batteries à flux : adaptées aux grands systèmes, avec une longue durée de vie
Le dimensionnement de la batterie se calcule généralement ainsi :
Capacité (kWh) = Consommation journalière (kWh) × Nombre de jours d’autonomie / Profondeur de décharge
Stockage thermique
Pour la partie thermique, plusieurs options existent :
- Ballon d’eau chaude : solution classique et éprouvée
- Matériaux à changement de phase (MCP) : permettent de stocker plus d’énergie dans un volume réduit
- Stockage intersaisonnier : pour conserver la chaleur estivale jusqu’à l’hiver
Des systèmes hybrides innovants combinant solaire flottant, stockage à air comprimé et stockage thermique ont été développés début 2025, offrant une solution complète pour optimiser la production et le stockage d’énergie renouvelable à grande échelle.
Études de cas sur des mises en œuvre réussies
L’analyse de projets existants permet de mieux comprendre les potentialités et les défis des systèmes solaires combinés.
Maison individuelle en zone rurale
Une famille de 4 personnes dans le sud de la France a installé un système combiné comprenant :
- 9 kWc de panneaux photovoltaïques
- 6 m² de capteurs thermiques
- Batterie de stockage de 13,5 kWh
- Ballon de stockage thermique de 500 litres
Résultats : 75% d’autonomie électrique annuelle et 65% des besoins en eau chaude et chauffage couverts par l’énergie solaire, avec un retour sur investissement estimé à 8 ans.
Bâtiment collectif en milieu urbain
Une copropriété de 12 appartements à Lyon a opté pour :
- Système PVT de 50 kWc sur le toit
- Stockage thermique centralisé de 3000 litres
- Revente du surplus d’électricité au réseau
Résultats : réduction de 40% sur les charges énergétiques collectives et valorisation immobilière significative du bâtiment.
Analyses économiques et études de faisabilité
L’aspect économique est souvent déterminant dans la décision d’investir dans un système solaire combiné.
Coûts d’investissement
Les coûts d’un système solaire combiné varient considérablement selon la taille et la complexité :
| Composant | Coût approximatif | Durée de vie estimée |
|---|---|---|
| Panneaux photovoltaïques | 1000-1500€/kWc | 25-30 ans |
| Capteurs thermiques | 800-1200€/m² | 20-25 ans |
| Batterie de stockage | 500-1000€/kWh | 8-15 ans |
| Ballon de stockage thermique | 1500-3000€ (selon capacité) | 15-20 ans |
| Installation et autres équipements | 30-40% du coût matériel | Variable |
Coûts approximatifs des principaux composants d’un système solaire combiné
Aides financières et rentabilité
Plusieurs dispositifs d’aide existent pour réduire l’investissement initial :
- MaPrimeRénov’ : jusqu’à 10 000€ selon les revenus et la performance du système
- Prime à l’autoconsommation photovoltaïque
- TVA réduite à 5,5% pour les travaux d’amélioration énergétique
- Certificats d’Économie d’Énergie (CEE), avec une bonification récente pour les pompes à chaleur et les systèmes solaires
Pour connaître toutes les aides auxquelles vous pouvez prétendre pour l’installation d’un système solaire combiné, n’hésitez pas à consulter notre guide complet des aides à la rénovation énergétique.
Réglementations et enjeux de conformité
L’installation d’un système solaire combiné doit respecter plusieurs réglementations pour être conforme et éligible aux aides.
Normes et certifications
Les principaux cadres réglementaires à connaître :
- La norme NF EN 12975 pour les capteurs solaires thermiques
- La certification Solar Keymark, garantie européenne de qualité
- Les normes électriques NF C 15-100 pour les installations photovoltaïques
- La RT2020 et les exigences RE2020 pour les nouvelles constructions
Démarches administratives
Plusieurs démarches sont nécessaires avant et après l’installation :
- Déclaration préalable de travaux en mairie (obligatoire dans la plupart des cas)
- Demande de raccordement auprès du gestionnaire de réseau pour les systèmes connectés
- Contrat d’achat ou de vente du surplus d’électricité
- Démarches spécifiques pour l’obtention des aides financières
Tendances futures en matière de technologie solaire
Le secteur des énergies solaires connaît une évolution rapide, avec plusieurs innovations majeures à l’horizon.
Innovations technologiques
Parmi les développements les plus prometteurs :
- Cellules photovoltaïques à rendement accru (>25%)
- Panneaux solaires flexibles et ultra-légers
- Systèmes PVT de nouvelle génération avec gestion thermique optimisée
- Capteurs solaires transparents intégrables aux fenêtres
Des cellules solaires flexibles ont récemment battu des records d’efficacité, promettant une meilleure adaptabilité et performance dans des configurations variées d’installation.
Intégration aux réseaux intelligents
L’avenir des systèmes solaires passe par leur intégration aux réseaux intelligents :
- Systèmes de gestion énergétique basés sur l’IA pour optimiser autoconsommation et stockage
- Communautés énergétiques locales facilitant le partage d’énergie entre voisins
- Technologies blockchain pour la traçabilité et la valorisation de l’énergie verte produite
Des recherches récentes ont montré comment alimenter les habitations uniquement avec de l’hydrogène, de l’énergie solaire et des batteries, ouvrant la voie à des systèmes énergétiques toujours plus autonomes et décarbonés.
Conclusion : Vers une autonomie énergétique optimisée
Les systèmes solaires combinés représentent une solution d’avenir pour la transition énergétique des bâtiments. Grâce aux méthodes de calcul simplifiées (CASSSC) que nous avons explorées, le dimensionnement de ces installations devient accessible, permettant d’optimiser l’investissement et les performances énergétiques.
Les innovations technologiques récentes, comme les panneaux à haut rendement, les systèmes de stockage intelligents ou encore les matériaux nouvelle génération, améliorent continuellement l’efficacité et la rentabilité de ces solutions. De plus, les nombreuses aides financières disponibles rendent ces installations de plus en plus accessibles pour les particuliers et les professionnels.
Dans un contexte où l’indépendance énergétique et la réduction de l’empreinte carbone deviennent prioritaires, les systèmes solaires combinés s’imposent comme une solution incontournable, alliant production d’électricité, chauffage et eau chaude sanitaire dans une approche intégrée et durable.
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